Способ получения жидких яйцепродуктов с увеличенным сроком хранения, устройство для обработки яичной массы и жидкие яичные продукты Российский патент 2024 года по МПК A23B5/12 A23L15/00 A23L3/3418 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению жидких яйцепродуктов. Жидкие пастеризованные яичные продукты (яичный белок, желток, меланж) применяются для замены куриного яйца в различных отраслях пищевой промышленности, а также в качестве функционального питания.

Обычно срок хранения жидких яичных продуктов не превышает 28 дней. Это связано с наличием в яйцепродуктах грамположительных аэробных бактерий, например Micrococcus, Streptococcus Faecalis, а также Bacillus cereus, которые способны пережить термическую пастеризацию. Активность указанных микроорганизмов напрямую влияет на уменьшение срока хранения яичных продуктов. Для увеличения срока их хранения после пастеризации обычно проводят деаэрацию, которая обеспечивает удаление из яичной смеси свободного кислорода, необходимого для выживания аэробных бактерий.

Чем более эффективно проводится деаэрация и соответственно большее количество кислорода извлекается из яичной массы, тем более долгий срок хранения целевого продукта обеспечивается. Однако, осуществление эффективной деаэрации осложняется свойствами яичной массы, а именно вязкостью и способностью к разрушению четвертичных, третичных и вторичных структур белка, т.е. к его денатурации [Mariano Carrion-Vazquez, Andres F. Oberhauser, Susan B. Fowler, and Julio M. Fernandez. Mechanical and chemical unfolding of a single protein: A comparison. PNAS. March 30, 1999, 96 (7) 3694-3699]. Последнее приводит к снижению поверхностно-активных свойств белка и ухудшает важные для пищевого производства качественные характеристики, например, взбиваемость белка.

В связи с чем возникает необходимость подбора оптимальных условий проведения процесса в целях извлечения максимального количества кислорода и сохранения функциональных свойств обрабатываемых яйцепродуктов.

Известен «Способ обработки яичных и подобных продуктов, предназначенный для пищевого использования» (патент EP1205118A2 МПК A23B5/005, A23B5/015, A23L15/00, дата приоритета 05.11.2001, публикация 15.05.2002), предусматривающий после пастеризации этап деаэрации при температуре от 15 до 25°C для снижения содержания газов, способствующих росту бактерий внутри продукта. Деаэрация проводится в отсутствии механического перемешивания.

Данный способ обработки яичных продуктов не может обеспечить эффективное проведение процесса деаэрации из-за отсутствия перемешивания. Вязкость яичного белка в 45-55 раз превышает вязкость воды, достижение равновесного состояния в отсутствии перемешивания смеси является проблематичным. Удаление кислорода в силу высокой вязкости яичной массы, находящейся в состоянии покоя, усложняется, поскольку диффузия растворенных газов из объема яйцемассы к поверхности проходит медленно (согласно уравнению Стокса-Эйнштейна, коэффициент диффузии обратно пропорционален вязкости среды, см. [П. В. Попов. Диффузия. Учебно-методическое пособие. Москва. МФТИ. 2016]). Исходя из этого, предлагаемые в способе условия проведения деаэрации яйцепродуктов требуют долгого для достижения равновесного содержания кислорода в яичных продуктах.

На практике за 0,5-1 часа из белка возможно удалить менее 50% кислорода. Еще ниже показатели удаления кислорода из яичного желтка, вязкость которого превышает таковую у воды в 380-450 раз. При указанных в известном способе условиях проведения деаэрации удаляется не более 40% кислорода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является «Способ обработки жидкого яичного белка» известный из патента RU2708916C9 (МПК A23J 1/09, A23J 3/04, A23B 5/005, дата приоритета 18.02.2016, публикация 25.03.2019), который также направлен на удаление растворенного в жидком яичном белке воздуха. В известном способе на стадии проведения пастеризации при 54-57°C в течение 2,5-3 мин на последней фазе повышения температуры осуществляется процесс деаэрации с помощью вакуумной системы при давлении 0,25-0,5 атм.

Указанный способ раскрывает информацию только о параметрах, применяемых для осуществления процесса деаэрации яичного белка. В описании способа не рассматриваются подробности проведения деаэрации, а именно проводится ли процесс при перемешивании, каковы продолжительность процесса и достигаемые результаты: концентрация остаточного кислорода в смеси и срок хранения яичного белка.

Практика показала, что в отсутствии перемешивания при 0,25 атм. и 57°C деаэрация белка в массе позволяет удалить менее 50% исходного кислорода. Интенсивное перемешивание яичной смеси в течение трех минут и при указанных выше условиях позволяет достичь содержания остаточного кислорода в яичном белке 50 % от исходного или 4,5 мг/л. Кроме того, вследствие одновременного температурного и механического воздействия происходит ухудшение функциональных свойств продукта, а именно снижаются параметры взбиваемости белка – время увеличивается на 30-40%, объем уменьшается на 20-25%. В случае желтка, вследствие его более высокой вязкости, остаточное содержание растворенного кислорода при 0,25 атм, 57°C и времени обработки в течение трех минут составляет 60-65% от исходного или 5,4-5,8 мг/л.

Опыты показали, что содержание в яйцепродуктах остаточного кислорода около 5 мг/л не позволяет достичь сроков хранения продукции более 50 дней.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения жидких яйцепродуктов, позволяющего увеличить срок их хранения с сохранением функциональных свойств готовых продуктов, а также устройства, обеспечивающего эффективную деаэрацию яичной смеси с максимально возможным удалением кислорода.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является создание способа получения жидких яйцепродуктов с содержание кислорода в готовой продукции не более 2,2 мг/л и сроком хранения не менее 80 дней, в котором подобранные параметры проведения деаэрации обеспечивают сохранение функциональных свойств готовых продуктов, а также создание устройства для обработки яичной массы, обеспечивающего проведение процесса деаэрации в тонком слое.

Сохранение функциональных свойств жидких белка, желтка и меланжа достигается за счет проведения деаэрации яичной массы при оптимальной температуре и давлении в тонком слое, в котором вместе с удалением кислорода происходит испарение воды, что обеспечивает увеличение содержания сухих веществ в готовом продукте на 4-6% (для белка с 11,3-11,5% до 12-12.2%, в случае желтка с 43-44% до 45-46%, в случае меланжа с 23,5-24% до 24.7-26%).

Сохранение функциональных свойств жидкого белка, полученного по заявленному способу, дополнительно подтверждается достигаемыми показателями взбиваемости готового продукта за 2,9-3,3 раз за время от 4,5 до 6 мин.

Способ получения жидких яйцепродуктов с увеличенными сроком хранения и содержанием сухих веществ включает этапы:

- разбивание яиц, разделение яичной массы на белок и желток и их гомогенизация или смешивание белка и желтка с целью получения меланжа и его гомогенизация;

- фильтрование яичной массы;

- термическую обработку яичной массы посредством пастеризации в течение определенного промежутка времени;

- деаэрацию яичной массы при давлении 0,05-0,2 атм и температуре 30-55°С в течение 20-80 сек в устройстве обработки яичной массы, в котором яичная масса находится в состоянии близком к кипению;

- насыщение готовых яйцепродуктов углекислым газом.

В сравнении с прототипом, в котором стадия пастеризации совмещена с процессом деаэрации яичного белка и проводится в период до 2,5-3 минут, температуре 57°С и давлении 0,25-0,5 атм., заявленные способ получения яйцепродуктов и устройство для обработки яичной массы позволяют реализовать этап деаэрации в течение 20-80 секунд, при более низкой температуре (30-55°С) и давлении (0,05-0,2 атм).

Пониженное давление (0,05-0,2 атм), в соответствии с законом Генри, позволяет обеспечить низкую равновесную концентрацию кислорода (около 10% от исходного). Развитая поверхность, на которой исходное сырье находится в тонком слое толщиной 0,5-1 мм, позволяет за счет увеличения поверхности раздела фаз и малой толщины слоя жидкой фазы, достичь состояния, близкого к равновесному за короткое время (удаление не менее 85 % кислорода из белка, не менее 70 % из желтка и не менее 80 % из меланжа за 20-80 сек). Пониженные, по сравнению с прототипом, температура обработки и время пребывания в камере деаэрации позволяют избежать ухудшения функциональных свойств продукта, в частности, параметров взбиваемости яичного белка. Дополнительно, пониженное давление и большая площадь испарения позволяют добиться частичного (до 5%) удаления воды и повышения, таким образом, содержания сухих веществ в продуктах.

Как показано ниже (в таблицах 1-3, примерах реализации способа) более низкое по сравнению с аналогами содержание остаточного кислорода (от 1,2 мг/л в жидком яичном белке до 2,2 мг/л в жидком яичном желтке) позволяет достичь срока хранения продукции не менее 80 дней.

Ниже приведены параметры и результаты получения яичных продуктов при различных условиях проведения процесса деаэрации с варьированием температуры, давления и времени нахождения в камере деаэрации (Таблицы 1-3). Во всех случаях деаэрация проводилась в тонком слое – 0,5-1 мм.

Таблица 1. Параметры деаэрации белка. Содержание сухих веществ в исходном белке 11.5%

Температура, °С Давление, атм. Время деаэрации, сек Остаточный кислород, мг/л Срок хранения, дней Содержание сухих веществ, % Взбиваемость, разы Время взбивания, мин 45 0.2 20 2,6 80 11,7 3,3 4,5 45 0.1 20 1,25 90 12,1 3,3 4,5 45 0.05 20 1,2 90 12,2 2,9 6 30 0.1 20 1,4 86 11,9 3,3 4,5 55 0.1 20 1,25 90 12,1 3,0 5,5 45 0.1 10 3,0 75 11,6 3,3 4,5 45 0.1 40 1,2 90 12,2 2,9 5,5

Таблица 2. Параметры деаэрации желтка. Содержание сухих веществ в исходном желтке 43,1%

Температура, °С Давление, атм. Время деаэрации, сек Остаточный кислород, мг/л Срок хранения, дней Содержание сухих веществ, % 45 0.2 40 4,5 70 43.9 45 0.1 40 2,2 80 45.3 45 0.05 40 2,1 80 45.3 30 0.1 40 2.5 77 44.0 55 0.1 40 2.2 80 45,4 45 0.1 20 3,5 72 44.1 45 0.1 80 2,1 80 45.4

Таблица 3. Параметры деаэрации меланжа. Содержание сухих веществ в исходном меланже 23,5%

Температура, °С Давление, атм Время деаэрации, с Остаточный кислород, мг/л Срок хранения, дней Содержание сухих веществ, % 45 0.2 30 3,9 77 23,9 45 0.1 30 1,8 85 24,7 45 0.05 30 1,8 85 24,0 30 0.1 30 2,0 80 24.2 55 0.1 30 1,7 85 24,8 45 0.1 15 3,1 76 23,8 45 0.1 60 2,1 80 24,8

Приведенные данные показывают, что средние для всех видов яичных продуктов оптимальные результаты достигаются при проведении деаэрации в тонком слое при температуре 30-55°С, давлении 0,05-0,2 атм и времени проведения деаэрации: 20-40 сек для белка, 30-60 сек для меланжа и 40-80 сек для желтка. Снижение этих параметров (понижение температуры, увеличение давления, рост времени обработки) приводит к уменьшению сроков хранения готового продукта и снижению эффекта по росту содержания сухих веществ. Увеличение параметров (поднятие температуры, снижение давления, рост времени обработки) не дает значимых результатов в части сроков хранения и содержания сухих веществ, при этом требует усложнения аппаратурного оформления и дополнительных энергозатрат, понижает производительность производственного процесса, а в случае жидкого белка, приводит к значимому снижению параметров его взбиваемости.

В заявленном способе получения жидких яйцепродуктов с увеличенным сроком хранения деаэрация проводится в специальном устройстве для обработки яичной массы, которое обеспечивает необходимую площадь соприкосновения продуктов с внешней средой при минимальном общем объеме камеры.

Устройство для обработки яичной массы включает вертикальную цилиндрическую емкость, распределитель яичной массы, расположенный в верхней части цилиндрической емкости и емкость с пластинами неправильной формы. Распределитель яичной массы обеспечивает подачу яичной массы на пластины изогнутой формы, которые расположены вертикально в количестве не менее двух, при этом каждая из пластин имеет площадь поверхности не менее 2 м².

Предпочтительно изогнутые пластины имеют S-образную форму. Предпочтительно изогнутые пластины имеют рифленую поверхность. Предпочтительно изогнутые пластины имеют волнообразную поверхность. Предпочтительно изогнутые пластины имеют перфорированную поверхность.

Схематично боковая проекция устройства для обработки яичной массы показана на фиг. 1, верхняя проекция и 3D изображение пластины, на которой осуществляется деаэрация, показаны на фиг. 2 и 3 соответственно.

Яйцемасса (белок или желток, или меланж) подается через распределитель яичной массы 1, поступает в камеру деаэрации 2, представляющую собой вертикальную цилиндрическую емкость, на пластины 3, по которым растекается тонким слоем. Время протекания деаэрации регулируется соотношением размера пластин 3 и скоростью подачи яйцемассы. Яичная масса, прошедшая деаэрацию, скапливается внизу камеры деаэрации 2, откуда насосом 4 перекачивается в камеру насыщения углекислым газом 5. Насос необходим, поскольку давление в камере насыщения углекислым газом 5 выше, чем в камере деаэрации 2.

Распределитель яичной массы 1 выполнен в виде узкой щели и повторяет форму пластин 3 в верхней проекции, находящихся непосредственно под ним в верхней части камеры деаэрации 2. Пластины 3 выполнены изогнутой формы и располагаются вертикально в количестве не менее двух, при этом каждая из пластин имеет площадь поверхности не менее 2 м².

Выполнение пластин 3 S-образной формы позволяет обеспечить необходимую площадь соприкосновения продуктов с внешней средой при минимальном общем объеме камеры деаэрации 2. Для повышения эффективной площади соприкосновения фаз пластины 3 могут иметь рифленую, волнообразную, пупырчатую или перфорированную поверхность, что увеличивает эффективную площадь соприкосновения деаэрируемой яичной массы с газовой фазой, а также обеспечивает дополнительное перемешивание слоев при движении яйцемассы.

Жидкий яичный продукт, представляющий собой яичные белки, содержащие не более 1,25 мг/л кислорода и не менее 12% сухого вещества.

Жидкий яичный продукт, представляющий собой яичные желтки, содержащие не более 2,2 мг/л кислорода и не менее 45% сухого вещества.

Жидкий яичный продукт, представляющий собой яичный меланж, содержащий не более 1,8 мг/л кислорода и не менее 24,7% сухого вещества.

Пример 1. – Способ получения яичного белка.

Исходное сырье – куриное яйцо. На яйцеразбивочной машине происходит разбивание яиц, отделение яичных белков от желтков, гомогенизация белков и фильтрование белковой яичной массы. Далее проводится пастеризация яичной массы при температуре 57,5°С и белок направляется в камеру деаэрации.

Деаэрация белка осуществлялась в камере на двух перекрещивающихся S-образных пластинах (фиг. 1) с рифленой поверхностью. Высота каждой пластины составляет 1 м, общая длина пластины - также 1 м, площадь одной пластины – 1 м². С учетом того, что сырье проходит по двум поверхностям пластин, а также наличия рифления общая эффективная площадь каждой пластины составляет примерно 4 м², а суммарная эффективная площадь двух пластин примерно 8 м². Подача сырья осуществлена со скоростью 0,22 кг/сек, время нахождения в камере составляет 20 сек. Масса белка, находящегося в камере деаэрации «в моменте» составляет 4,4 кг. Объем белка, с учетом его плотности 1,03 кг/л составляет 4,27 л или 0,00427 м³. С учетом эффективной площади поверхности около 8 м², средняя толщина слоя составляет 0,53 мм. Давление в установке составляет 0,1 атм., температура 45°С.

Далее белок направляется в камеру насыщения углекислым газом. Парциальное давление CO₂ в камере составляет 1,3 атм, время нахождения в камере – 30 сек. После насыщения углекислым газом продукт упаковывается в тару.

Указанные параметры деаэрации позволили достичь содержания остаточного кислорода 1,25 мг/л. Срок хранения (без изменения органолептических и микробиологических свойств) составляет 90 дней. Проверка качества продуктов в процессе их хранения показала его соответствие микробиологическим нормативам безопасности в соответствии с Приложением 2 к техническому регламенту Таможенного союза "О безопасности пищевой продукции" (ТР ТС 021/2011), Микробиологические нормативы безопасности в Таблице 1, раздел 1.1. Мясо и мясная продукция; птица, яйца и продукты их переработки. Время взбивания продукта на протяжении 4,5 мин позволяет достичь увеличения объема в 3,3 раза. Содержание сухих веществ в белке до начала процесса – 11,5%, в готовом продукте – 12,1%.

Пример 2. – Способ получения яичного желтка.

Способ получения яичного желтка осуществлен согласно примеру 1, со следующими отличиями. Пастеризация проведена при температуре 65,5°С. Деаэрация проведена на той же установке при температуре 45°С и давлении 0,1 атм. Скорость подачи составляет 0,11 кг/сек, продолжительность нахождения в камере 40 сек. Более длительное нахождение в камере связано с более высокой вязкостью желтка и, соответственно, более низкой скоростью диффузии.

Указанные параметры деаэрации позволили достичь содержания остаточного кислорода 2,2 мг/л. Срок хранения (без изменения органолептических и микробиологических свойств) составил – 80 дней. Содержание сухих веществ в желтке до начала процесса – 43,1%, в готовом продукте – 45,3%.

Пример 3. – Способ получения яичного меланжа.

Процесс проведен согласно примеру 1 со следующими отличиями – после разбивания яйца белки и желтки смешиваются и гомогенизируются. Пастеризация проведена при температуре 65,5°С. Деаэрация проведена на той же установке при температуре 45°С и давлении 0,1 атм. Скорость подачи составляет 0,15 кг/сек, продолжительность нахождения в камере 30 сек.

Указанные параметры деаэрации и насыщения углекислым газом позволили достичь содержания остаточного кислорода 1,8 мг/л. Срок хранения (без изменения органолептических и микробиологических свойств) составил – 85 дней. Содержание сухих веществ в меланже до начала процесса – 23,5%, в готовом продукте – 24,7%.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к получению жидких яйцепродуктов. Предложенный способ получения жидких яйцепродуктов с увеличенным сроком хранения включает разбивание яиц, разделение яичной массы на белок и желток или их смешивание с получением меланжа, последующую гомогенизацию, фильтрование, термическую обработку посредством пастеризации в течение определенного промежутка времени, деаэрацию яичной массы и добавление диоксида углерода в условиях контролируемой температуры в стерильном резервуаре с последующим окончательным хранением при температуре 2-6°С. Причем указанную деаэрацию осуществляют в тонком слое толщиной 0,5-1 мм при давлении 0,05-0,2 атм и температуре 30-55°С в течение 20-80 с. Предложены варианты жидкого яйцепродукта с увеличенным сроком хранения, полученного указанным способом. В первом варианте яйцепродукт представляет собой яичный белок с содержанием кислорода не более 1,25 мг/л, а сухого вещества не менее 12%; во втором варианте - яичный желток с содержанием кислорода не менее 1,25 мг/л и не более 2,2 мг/л, а сухого вещества не менее 45%; в третьем варианте яйцепродукт представляет собой меланж с содержанием кислорода не менее 1,25 мг/л и не более 1,8 мг/л, а сухого вещества не менее 24,7%. Изобретение направлено на увеличение срока хранения жидких яйцепродуктов. 4 н.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл., 3 пр.

1. Способ получения жидких яйцепродуктов с увеличенным сроком хранения, включающий разбивание яиц, разделение яичной массы на белок и желток или их смешивание с получением меланжа, последующую гомогенизацию, фильтрование, термическую обработку посредством пастеризации в течение определенного промежутка времени, деаэрацию яичной массы и добавление диоксида углерода в условиях контролируемой температуры в стерильном резервуаре с последующим окончательным хранением при температуре 2-6°С, отличающийся тем, что указанную деаэрацию осуществляют в тонком слое толщиной 0,5-1 мм при давлении 0,05-0,2 атм и температуре 30-55°С в течение 20-80 с.

2. Жидкий яйцепродукт с увеличенным сроком хранения, полученный способом по п. 1, который представляет собой яичный белок с содержанием кислорода не более 1,25 мг/л, а сухого вещества не менее 12%.

3. Жидкий яйцепродукт с увеличенным сроком хранения, полученный способом по п. 1, который представляет собой яичный желток с содержанием кислорода не менее 1,25 мг/л и не более 2,2 мг/л, а сухого вещества не менее 45%.

4. Жидкий яйцепродукт с увеличенным сроком хранения, полученный способом по п. 1, который представляет собой меланж с содержанием кислорода не менее 1,25 мг/л и не более 1,8 мг/л, а сухого вещества не менее 24,7%.